前言：PLC的前世今生

什么是可編程控制器？

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）通常被稱為工廠級(jí)別的計(jì)算機(jī)，可直接面向生產(chǎn)一線的設(shè)備，一直在生產(chǎn)流程的控制領(lǐng)域和離散制造業(yè)的機(jī)電設(shè)備中長(zhǎng)盛不衰。

20世紀(jì)60年代以前的100多年里，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)或電氣設(shè)備進(jìn)行控制的裝置是繼電器控制電路。 繼電器控制電路是利用電器元件的機(jī)械觸點(diǎn)的串、并聯(lián)組合成邏輯控制電路。 由于采用硬線連接，連線多而復(fù)雜，因此對(duì)后繼的邏輯修改、增加功能都很困難。 而PLC則是在繼電器控制技術(shù)的基礎(chǔ)上融合計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)先進(jìn)的控制技術(shù)。 PLC以微處理器為核心，用編寫(xiě)的軟件程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出（I/O）來(lái)控制各種生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備。 改變程序, 便可改變邏輯，連線少、體積小、可靠方便，因而得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。

繼電器控制電路

繼電器控制電路是指用導(dǎo)線將繼電器類(lèi)元件的觸點(diǎn)（如按鈕、開(kāi)關(guān)或繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的觸點(diǎn)）按控制要求連接成控制用電設(shè)備工作的電路。 控制電路中的繼電器類(lèi)元件的觸點(diǎn)及這些觸點(diǎn)與用電設(shè)備的不同連接，構(gòu)成了觸點(diǎn)與用電設(shè)備之間的不同邏輯關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)不同的邏輯控制。

繼電器控制電路分為觸點(diǎn)控制電路及繼電器控制電路兩類(lèi)。

觸點(diǎn)控制電路，是指用手動(dòng)控制器觸點(diǎn)（如開(kāi)關(guān)、按鈕）的通、斷，去控制用電設(shè)備的電路。 用觸點(diǎn)控制電路可以實(shí)現(xiàn)一些常見(jiàn)的邏輯關(guān)系，如與、或等。 要實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的邏輯關(guān)系或要用小功率開(kāi)關(guān)及觸點(diǎn)去控制大功率動(dòng)力設(shè)備的電路就得采用繼電器控制電路了。

繼電器控制電路是除了手動(dòng)控制器觸點(diǎn)（如開(kāi)關(guān)、按鈕），還使用繼電器觸點(diǎn)的電路，其控制對(duì)象既有用電設(shè)備，又有電磁繼電器的自身線圈。

但繼電器控制電路有以下缺點(diǎn)：

觸點(diǎn)間用導(dǎo)線連接，容易形成故障點(diǎn)，使可靠性降低，維護(hù)費(fèi)增高。

控制電路中的繼電器類(lèi)元件都是分立元件，體積大，不便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯關(guān)系的控制。

控制電路沒(méi)有柔性。 控制要求改變時(shí)，電路也要重新設(shè)計(jì)制造，從而推高用戶的生產(chǎn)費(fèi)用。

"GM十條"與PLC

20世紀(jì)60年代以后，美國(guó)汽車(chē)制造業(yè)為適應(yīng)市場(chǎng)需求，不斷更新汽車(chē)產(chǎn)品，要求及時(shí)改變相應(yīng)的加工生產(chǎn)線。 汽車(chē)生產(chǎn)線上的繼電器控制系統(tǒng)就需要經(jīng)常重新設(shè)計(jì)裝備，這不僅費(fèi)用高，而且新系統(tǒng)的制造和接線也非常費(fèi)時(shí)，延長(zhǎng)了汽車(chē)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期。 在這種情況下，采用傳統(tǒng)的繼電器控制就顯出許多不足。

1968年美國(guó)通用汽車(chē)（GM）公司首次公開(kāi)招標(biāo)，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，并提出了著名的10項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即奠定了PLC基本雛形的著名的“GM十條”：

編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；

維護(hù)方便，最好是插件式；

可靠性高于繼電器控制柜；

體積小于繼電器控制柜；

可將數(shù)據(jù)直接輸入管理計(jì)算機(jī)；

在成本上可與繼電器控制器競(jìng)爭(zhēng)；

輸入可以是交流115V；

輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；

在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需要很小變更；

用戶程序儲(chǔ)存器容量至少能擴(kuò)展到4kW

1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)這10項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求研制出了第1臺(tái)可編程邏輯控制器——PDP-14，并成功地應(yīng)用在GM公司的生產(chǎn)線上。

1971年，日本引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，并開(kāi)始生產(chǎn)自己的PLC。 1973年，歐洲一些國(guó)家也生產(chǎn)出自己的PLC。 1974年，我國(guó)開(kāi)始了PLC技術(shù)的研究，并在1977年研制出第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的PLC。

在這一時(shí)期，PLC主要用于順序控制。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)及微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到了20世紀(jì)70年代中期以后，PLC廣泛采用微處理器作為中央處理器，并且在外圍的輸入/輸出（I/O）電路中逐漸使用了大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路，用集成電路的存儲(chǔ)器代替磁芯存儲(chǔ)器，把微型計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合到PLC中，使得PLC實(shí)現(xiàn)了更大規(guī)模的集成化，工作更為可靠，更能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境， 而且柔性更強(qiáng)，同時(shí)成本也大幅度地降了下來(lái)，從而使PLC進(jìn)入了工業(yè)實(shí)用階段。

1980年，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller，PC），為與PC（Personal Computer）加以區(qū)別，常把可編程控制器稱為PLC（Programmable Logic Controller）。

1987年國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）頒布的“可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案”中對(duì)PLC做了如下的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。

連接式編程系統(tǒng)與存儲(chǔ)式編程系統(tǒng)

在一個(gè)繼電器控制系統(tǒng)中，要完成一項(xiàng)邏輯控制功能，支持控制系統(tǒng)的“程序”由各分立元件（繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等）點(diǎn)到點(diǎn)之間布線連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是一種 連接式編程系統(tǒng) 。 如果元件是串聯(lián)，那就是一個(gè)“與”邏輯； 如要變?yōu)椤盎颉边壿?，兩個(gè)觸點(diǎn)的串聯(lián)電路必須重新布線，改為并聯(lián)電路以適應(yīng)控制程序的變化。 所以，繼電器控制系統(tǒng)也稱為連接式編程控制系統(tǒng)。

如果控制邏輯是編程器預(yù)先寫(xiě)好的“程序”并存放在存儲(chǔ)器中，線圈的接通或斷開(kāi)都是由程序決定的，與控制器的結(jié)構(gòu)和布線無(wú)關(guān)，這種控制系統(tǒng)稱為 存儲(chǔ)式編程系統(tǒng) 。 這樣就可以使用標(biāo)準(zhǔn)的控制器，將生產(chǎn)過(guò)程的開(kāi)關(guān)、按鈕、各種傳感器（稱為輸入設(shè)備）和電氣設(shè)備等執(zhí)行機(jī)構(gòu)（稱為輸出設(shè)備）分別與控制器的端子相連。 如果需改變控制功能，只要通過(guò)編程器改變存儲(chǔ)器中的程序，外部的連線不需要做任何改變，因此，PLC就是存儲(chǔ)式編程的控制器。

PLC的組成單元

PLC比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的I/O接口，具有更適用于控制要求的編程語(yǔ)言和更適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。

PLC基本單元

PLC主機(jī)（也稱基本單元）由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口（I/O接口）、通信接口、擴(kuò)展接口、外圍設(shè)備接口和電源等部分組成。 而PLC控制系統(tǒng)則由PLC主機(jī)、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備組成。

中央處理器

CPU是PLC的核心部件，是PLC的運(yùn)算和控制中心，PLC的工作過(guò)程都是在CPU的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進(jìn)行的。 CPU由微處理器和控制器組成，可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。

PLC常用的CPU有通用微處理器、單片機(jī)和位片式微處理器。 通用微處理器按其處理數(shù)據(jù)的位數(shù)可分為4位、8位、16位和32位等。 PLC大多用8位和16位微處理器。

控制器的作用是控制整個(gè)微處理器的各個(gè)部件有條不紊地進(jìn)行工作，其基本功能就是從內(nèi)存中讀取指令和執(zhí)行指令。 控制器接口電路是微處理器與主機(jī)內(nèi)部其他單元進(jìn)行聯(lián)系的部件，主要有數(shù)據(jù)緩沖、單元選擇、信號(hào)匹配、中斷管理等功能。 微處理器通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)與各個(gè)單元之間的可靠的信息交換和最佳的時(shí)序配合。

存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是PLC存放系統(tǒng)程序、用戶程序和運(yùn)行數(shù)據(jù)的單元。 PLC的存儲(chǔ)器由系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器兩部分組成。

系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器是PLC用于存放系統(tǒng)程序如指令（軟件）等內(nèi)容的部件，這部分存儲(chǔ)器用戶不能訪問(wèn)。

用戶程序存儲(chǔ)器是為用戶程序提供存儲(chǔ)的區(qū)域。 用戶程序存儲(chǔ)器容量的大小，決定了用戶程序的大小和復(fù)雜程度，從而決定了用戶程序所能完成的功能和任務(wù)的大小。 用戶程序存儲(chǔ)器的容量一般以字節(jié)為單位。 小型PLC的用戶程序存儲(chǔ)器容量在1KB左右，典型PLC的用戶程序存儲(chǔ)器容量可達(dá)數(shù)兆字節(jié)（MB）。 PLC的用戶存儲(chǔ)區(qū)一般包括幾個(gè)部分，每一部分都有特定的功能和用途。

PLC的存儲(chǔ)器主要包括以下幾種類(lèi)型：

只讀存儲(chǔ)器（ROM）

可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）

可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）

電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）

隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）

I/O接口單元

I/O接口單元通常也稱I/O接口電路或I/O模塊，是PLC與工業(yè)過(guò)程控制現(xiàn)場(chǎng)之間的連接部件。 PLC通過(guò)輸入接口能夠得到生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，并向PLC提供開(kāi)關(guān)信號(hào)量，經(jīng)過(guò)處理后，變成CPU能夠識(shí)別的信號(hào)。 PLC通過(guò)輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制目的。 由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口必須能實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。

I/O擴(kuò)展單元

I/O擴(kuò)展單元用來(lái)擴(kuò)展PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。 當(dāng)用戶所需要的I/O點(diǎn)數(shù)超過(guò)PLC基本單元的I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，可通過(guò)此接口用扁平電纜線將I/O擴(kuò)展單元（不帶有CPU）與主機(jī)單元相連接，以增加PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。 其他很多的智能單元也通過(guò)該接口與主機(jī)相連。 PLC的擴(kuò)展能力主要受CPU尋址能力和主機(jī)驅(qū)動(dòng)能力的限制。

通信接口

PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。 PLC通過(guò)這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其他PLC、上位計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信連接。

PLC的軟件組成

PLC的軟件系統(tǒng)由 系統(tǒng)程序 （又稱為系統(tǒng)軟件）和 用戶程序 （又稱應(yīng)用軟件）兩大部分組成。

系統(tǒng)程序

系統(tǒng)程序由生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)，由管理程序（運(yùn)行管理、生成用戶元件、內(nèi)部自檢）、用戶指令解釋程序、編輯程序、功能子程序以及調(diào)用管理程序組成。 它和PLC的硬件系統(tǒng)相結(jié)合，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序的調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供了PLC運(yùn)行的平臺(tái)。

1）系統(tǒng)管理程序

系統(tǒng)管理程序主管整個(gè)PLC的運(yùn)行，因此是管理程序中最重要最核心的部分，管理程序由以下三部分組成。

（1）運(yùn)行管理：時(shí)間分配的運(yùn)行管理，即控制可編程控制器輸入、輸出、運(yùn)算、自檢及通信的時(shí)序。

（2）存儲(chǔ)空間的分配管理：主要是進(jìn)行存儲(chǔ)空間的管理，即生成用戶環(huán)境，由它規(guī)定各種參數(shù)、程序的存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)存儲(chǔ)地址轉(zhuǎn)化為實(shí)際的數(shù)據(jù)格式及物理存放地址。 它將有限的資源變?yōu)橛脩艨芍苯邮褂玫暮芊奖愕脑?/p>

（3）系統(tǒng)自檢程序：包括各種系統(tǒng)出錯(cuò)檢驗(yàn)、用戶程序語(yǔ)法檢驗(yàn)、語(yǔ)句檢驗(yàn)、警戒時(shí)鐘運(yùn)行等。 在系統(tǒng)管理程序的控制下，整個(gè)PLC就能按要求正確地工作。

2） 用戶指令解釋程序 （包含編輯程序）

用戶指令解釋程序的主要任務(wù)是將用戶編程使用的PLC語(yǔ)言（如梯形圖語(yǔ)言）變?yōu)闄C(jī)器能懂的機(jī)器語(yǔ)言程序。 它將梯形圖程序逐條翻譯成相應(yīng)的機(jī)器語(yǔ)言，然后通過(guò)CPU完成這一步的功能。 在實(shí)際操作中，為了節(jié)省內(nèi)存，提高解釋速度，用戶程序是用內(nèi)碼的形式存儲(chǔ)在PLC中的。 用戶程序變?yōu)閮?nèi)碼形式的這一步是由編輯程序?qū)崿F(xiàn)的，它可以插入、刪除、檢查用戶程序，方便程序的調(diào)試。

3）標(biāo)準(zhǔn)模塊和系統(tǒng)調(diào)用

這部分主要由許多獨(dú)立的程序塊組成，各自能完成不同的功能，有些完成I/O，有些完成特殊運(yùn)算等。

用戶程序

PLC的用戶程序是用戶利用PLC廠家提供的編程語(yǔ)言，根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制要求來(lái)設(shè)計(jì)編寫(xiě)的程序。 它存儲(chǔ)在PLC的用戶存儲(chǔ)器中，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的不同控制要求，對(duì)原有的應(yīng)用程序進(jìn)行改寫(xiě)或刪除。 用戶程序包括開(kāi)關(guān)量邏輯控制程序、模擬量運(yùn)算程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。

PLC的控制工作過(guò)程

PLC的循環(huán)掃描與中斷

從時(shí)間進(jìn)程上看，PLC采用分時(shí)操作原理，一個(gè)時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作指令。 隨著時(shí)間推移，一個(gè)操作一個(gè)操作地順序進(jìn)行。 這種分時(shí)操作進(jìn)程稱做CPU對(duì)程序的“ 掃描 ”。 當(dāng)PLC開(kāi)始上電運(yùn)行時(shí)，首先清除I/O存儲(chǔ)單元的內(nèi)容，然后進(jìn)行自診斷，確認(rèn)正常后開(kāi)始掃描。

PLC的“掃描”過(guò)程分為三個(gè)階段：

1）輸入采樣階段

輸入接口電路時(shí)刻監(jiān)視著輸入點(diǎn)的通、斷狀態(tài)。 CPU執(zhí)行程序前首先將輸入設(shè)備的通、斷信息通過(guò)輸入接口電路采集進(jìn)來(lái)，轉(zhuǎn)變成PLC的CPU能接受的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)——輸入設(shè)備的“通”狀態(tài)存于存儲(chǔ)單元中就是“1”，“斷”狀態(tài)存于存儲(chǔ)單元中就是“0”。 此狀態(tài)暫存于PLC的輸入映像區(qū)（暫存器）中。 每一輸入點(diǎn)都有一個(gè)與其對(duì)應(yīng)的輸入暫存器。 完成輸入端刷新工作后，轉(zhuǎn)入下一步工作過(guò)程，即程序執(zhí)行階段。

2）程序執(zhí)行階段

對(duì)用戶的控制程序，CPU從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)鎖存器。 當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸出刷新階段。

3）輸出刷新階段

PLC的CPU從輸入映像區(qū)中讀取輸入信息并帶入到程序中解算運(yùn)行，解算運(yùn)行的結(jié)果通過(guò)輸出接口電路控制輸出設(shè)備的通、斷運(yùn)行。

輸出接口電路有輸出鎖存器。 它有高、低電位兩個(gè)狀態(tài)，并可鎖存。 同時(shí)，它還有相應(yīng)的物理電路，可把這個(gè)高、低電位狀態(tài)傳送給輸出點(diǎn)（高電位使輸出回路接通，低電位使輸出回路斷開(kāi)）。 每一輸出點(diǎn)都有一個(gè)與其相對(duì)應(yīng)的輸出鎖存器。

在中斷方式下，需處理的控制先請(qǐng)求中斷，被響應(yīng)后，PLC的CPU停止正在運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)而去處理有關(guān)中斷服務(wù)程序。 待處理完中斷，又返回來(lái)運(yùn)行原來(lái)的程序。

通過(guò)掃描與中斷，大量控制都用掃描方式處理，個(gè)別緊急的用中斷處理，計(jì)算機(jī)資源能得到充分利用。

PLC的工作狀態(tài)

PLC有兩種工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。 運(yùn)行狀態(tài)是執(zhí)行應(yīng)用程序的狀態(tài)。 停止?fàn)顟B(tài)一般用于程序的編制與修改。 在這兩個(gè)不同的工作狀態(tài)中，掃描過(guò)程所要完成的任務(wù)是不盡相同的。

在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些其他內(nèi)部工作。

在通信服務(wù)階段，PLC與其他帶微處理器的智能裝置通信，以更新編程器的顯示內(nèi)容。

掃描周期和響應(yīng)時(shí)間

PLC在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次掃描操作所需的時(shí)間稱為 掃描周期 ，其典型值為0.5～100ms。

掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于以下幾個(gè)因素：CPU執(zhí)行指令的速度，執(zhí)行每條指令占用的時(shí)間； 程序中指令條數(shù)的多少。 指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類(lèi)和CPU執(zhí)行速度有很大關(guān)系。

PLC的響應(yīng)時(shí)間是指從PLC外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻起至由它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的間隔，也叫做滯后時(shí)間（通常滯后時(shí)間為幾十毫秒）。 它由輸入電路的時(shí)間常數(shù)、輸出電路的時(shí)間常數(shù)、用戶語(yǔ)句的安排和指令的使用、PLC的循環(huán)掃描方式以及PLC對(duì)I/O的刷新方式等部分組成。 顯然，PLC的響應(yīng)時(shí)間不為零，這種現(xiàn)象稱為I/O延遲響應(yīng)或滯后現(xiàn)象。

響應(yīng)時(shí)間可以分為最短響應(yīng)時(shí)間和最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間。

1）最短響應(yīng)時(shí)間

如果在一個(gè)掃描周期剛結(jié)束之前收到一個(gè)輸入信號(hào)，在下一個(gè)掃描周期之前進(jìn)入輸入采樣階段，這個(gè)輸入信號(hào)就被采樣，使輸入更新，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最短。

2）最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間

如果PLC收到一個(gè)輸入信號(hào)經(jīng)輸入延遲后，剛好錯(cuò)過(guò)I/O刷新的時(shí)間，在該掃描周期內(nèi)這個(gè)輸入信號(hào)無(wú)效，要到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被讀入和更新，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)。

PLC的編程語(yǔ)言

PLC是專為工業(yè)控制而開(kāi)發(fā)的控制器，主要使用者是企業(yè)電氣技術(shù)人員。 為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC沒(méi)有采用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，而采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程。 國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）1994年5月公布的IEC 61131-3《可編程控制器語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)》詳細(xì)地說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和5種編程語(yǔ)言：梯形圖、功能塊圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、指令語(yǔ)言、結(jié)構(gòu)文本。

梯形圖（Ladder Diagram，LD）

梯形圖是使用得最多的圖形編程語(yǔ)言，其基本結(jié)構(gòu)形式是將繼電器電路圖軟件化，即借用其線圈控制觸點(diǎn)的概念和形式。

1）能流

為了分析各個(gè)元器件間的輸入與輸出關(guān)系，在梯形圖中會(huì)假想一個(gè)概念電流，也稱做能流（power flow）。 一般認(rèn)為電流是按照從左到右的方向流動(dòng)的，這一方向與執(zhí)行用戶指令順序時(shí)的邏輯運(yùn)算關(guān)系是一致的，即左邊是“因”（條件），右邊是“果”（結(jié)果）。

2）母線

梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線（bus bar）。 母線之間有能流從左向右流動(dòng)。 通常梯形圖中的母線有左右兩條，左側(cè)的母線必須畫(huà)出，但右側(cè)母線可以省略不畫(huà)。

3）軟觸點(diǎn)

軟觸點(diǎn)的“1”或“0”狀態(tài)代表著相應(yīng)繼電器觸點(diǎn)或線圈的接通或斷開(kāi)。

PLC梯形圖中的編程元件中有部分元件沿用了繼電器這一名稱和功能，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等。 PLC中的“軟輸入繼電器（軟觸點(diǎn)）”實(shí)質(zhì)上是輸入信息映射區(qū)的一對(duì)應(yīng)內(nèi)存位（bit），“軟輸出繼電器（也稱為輸出線圈）”則是輸出映射區(qū)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存位。

根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，可以求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的ON/OFF狀態(tài)，稱為梯形圖的 邏輯解算 。 邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左至右的順序進(jìn)行的。 邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)邏輯解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行的。

梯形圖與其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和對(duì)程序的檢查。

功能塊圖（Function Black Diagram，F(xiàn)BD）

這是一種類(lèi)似于數(shù)字邏輯門(mén)電路的編程語(yǔ)言，對(duì)于有數(shù)字電路基礎(chǔ)的讀者很容易掌握。 該編程語(yǔ)言用類(lèi)似與門(mén)、或門(mén)的方框來(lái)表示邏輯運(yùn)算關(guān)系。 方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量。 I/O端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，方框被“導(dǎo)線”連接在一起，信號(hào)自左向右流動(dòng)。

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（Sequential Function Chart，SFC）

它是用來(lái)編制順序控制程序的流程的。 它提供了一種組織程序的圖形方法，在狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中可以用別的語(yǔ)言嵌套編程。 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖主要用來(lái)描述開(kāi)關(guān)量順序控制系統(tǒng)，根據(jù)它可以很容易地畫(huà)出順序控制梯形圖程序。

指令語(yǔ)言（Instruction List，IL）

PLC的指令是一種與微機(jī)的匯編語(yǔ)言中的指令相似的 助記符表達(dá)式 。 助記符表達(dá)式與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，由指令組成的程序叫做指令（表）程序。 在用戶程序存儲(chǔ)器中，指令按步序號(hào)順序排列。

結(jié)構(gòu)文本（Structured Text，ST）

結(jié)構(gòu)文本是按IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建的一種專用的 高級(jí)編程語(yǔ)言 。 它采用計(jì)算機(jī)的描述語(yǔ)句描述系統(tǒng)中各種變量之間的運(yùn)算關(guān)系，完成所需的功能或操作。 與梯形圖相比，它能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，編寫(xiě)的程序非常簡(jiǎn)潔和緊湊。 在大中型的可編程控制器系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)文本設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)描述控制系統(tǒng)中各個(gè)變量的關(guān)系。 它也被用于集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)。 在進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了允許幾種編程語(yǔ)言供用戶使用外，標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定編程者可在同一程序中使用多種編程語(yǔ)言，這使編程者能選擇不同的語(yǔ)言來(lái)適應(yīng)特殊的工作。

常見(jiàn)PLC類(lèi)型

按I/O點(diǎn)數(shù)分類(lèi)

PLC可按輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分為微型機(jī)、小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)及超大型機(jī)。 大型機(jī)、超大型機(jī)控制規(guī)模大、功能強(qiáng)、性能高，價(jià)格也高； 而微型機(jī)、小型機(jī)控制規(guī)模小、功能差、性能也低些，但價(jià)格便宜。

1）微型機(jī)

I/O點(diǎn)數(shù)為小于64點(diǎn)的PLC。

2）小型PLC

I/O點(diǎn)數(shù)為 256點(diǎn)以下 ，用戶程序存儲(chǔ)容量小于8KB的為小型PLC。 它可以連接開(kāi)關(guān)量和模擬量I/O模塊以及其他各種特殊功能模塊，能實(shí)現(xiàn)包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。 例如，西門(mén)子公司的S7-200系列PLC，三菱公司的FX系列PLC都屬于小型機(jī)。

3）中型PLC

I/O點(diǎn)數(shù)在512～2048點(diǎn)之間的為中型PLC。 它除了具有小型機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的功能外，還具有更強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量和更快的掃描速度。 例如，西門(mén)子公司的S7-300系列PLC、三菱公司的A1S系列PLC都屬于中型機(jī)。

4）大型PLC

I/O點(diǎn)數(shù)為2048點(diǎn)以上的為大型PLC。它具有極強(qiáng)的軟件和硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能，它可以構(gòu)成三級(jí)通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。另外，大型PLC還可以采用3個(gè)CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器具有更高的可靠性。例如，西門(mén)子公司的S7-400系列PLC、三菱公司的A3M、A3N系列PLC都屬于大型機(jī)。

按結(jié)構(gòu)分類(lèi)

PLC按其結(jié)構(gòu)可分為一體式、模塊式及疊裝式3種。

1）一體式PLC

將CPU、I/O單元、電源、通信等部件集成到一個(gè)機(jī)殼內(nèi)的PLC稱為一體式PLC。一體式PLC由不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成。基本單元內(nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口以及與編程器相連的接口。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O接口和電源等，沒(méi)有CPU。基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。它還配備有特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。一體式PLC一般都是小型機(jī)。

2）模塊式PLC

模塊式PLC是將PLC的每個(gè)工作單元都制成獨(dú)立的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由母板（或框架）以及各種模塊組成。把這些模塊按控制系統(tǒng)需要選取后，安插到母板上，就構(gòu)成了一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。例如，西門(mén)子公司的S7-300系列、S7-400系列PLC都采用模塊式結(jié)構(gòu)形式。

3）疊裝式PLC

將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂的疊裝式PLC。疊裝式PLC將CPU模塊、電源模塊、通信模塊和一定數(shù)量的I/O單元集成到一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，如果集成的I/O模塊不夠使用，可以進(jìn)行模塊擴(kuò)展。其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間要靠電纜進(jìn)行連接，并且各模塊可以一層層地疊裝。疊裝式PLC集一體式PLC與模塊式PLC優(yōu)點(diǎn)于一身，它不但系統(tǒng)配置靈活，而且體積較小，安裝方便。西門(mén)子公司的S7-200系列PLC就是疊裝式的結(jié)構(gòu)形式。

按功能分類(lèi)

根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔及高檔3類(lèi)。

一般低檔機(jī)多為小型PLC，采用一體式結(jié)構(gòu)；中檔機(jī)可為大、中、小型PLC，其中，小型PLC多采用一體式結(jié)構(gòu)，中型和大型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)。

1）低檔PLC

具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量的模擬量I/O、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。

2）中檔PLC

除具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量I/O、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID（比例、積分、微分）控制等功能，以適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。

3）高檔PLC

除具有中檔PLC的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)、表格、CRT顯示、打印和更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制系統(tǒng)或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。